Un kilogramo de hidrógeno contiene 39,4 kWh de energía, pero su producción con los actuales electrolizadores comerciales suele costar unos 52,5 kWh. La empresa australiana Hysata afirma que su nuevo electrolizador reduce el coste energético a 41,5 kWh, batiendo récords de eficiencia y siendo más barato de instalar y utilizar. La empresa promete que el hidrógeno verde costará alrededor de 1,50 dólares por kilogramo en pocos años.
La eficiencia es uno de los grandes lastres del hidrógeno en su camino hacia un futuro energético limpio. Puede almacenar mucha más energía por peso o volumen que las baterías, y admite el repostaje rápido, lo que lo hace útil en aplicaciones en las que las baterías no tienen la densidad energética necesaria para competir. Pero mientras que las baterías son una forma muy eficiente de almacenar y liberar energía, el hidrógeno parece desperdiciar energía en cada paso: electrólisis, almacenamiento y transporte, conversión de nuevo en electricidad a través de una pila de combustible… Incluso se escapa lentamente desde un tanque metálico.
Si la nueva tecnología de electrolizadores de Hysata hace lo que dice en sus indicaciones, la eficiencia de la electrolisis dará un gran salto adelante, haciendo un mejor uso de la valiosa energía limpia. Y al generar más hidrógeno a partir de un determinado suministro de energía, reduciendo al mismo tiempo los gastos de capital y de explotación de los operadores, este equipo podría hacer bajar el precio del hidrógeno verde, quizás hasta un punto en que sea competitivo con el hidrógeno sucio, o incluso con los combustibles fósiles.
¿Cómo funciona? Según Hysata, se trata de burbujas. Las burbujas en el fluido electrolítico no son conductoras y pueden adherirse a los electrodos e impedir que entren en contacto con los fluidos que necesitan tocar para hacer su trabajo. Esto es claramente un problema, ya que los electrolizadores convierten el agua en gases H2 y O2.
Según cuenta Hysata, los primeros electrolizadores tenían ambos electrodos sumergidos en el electrolito, de manera que se formaban burbujas a su alrededor. En los años 70, la electrólisis de brecha cero puso el ánodo y el cátodo en contacto directo con la membrana separadora, lo que aumentó la eficacia al permitir que sólo se formaran burbujas en un lado de cada electrodo. Más recientemente, la tecnología de membranas de electrolitos poliméricos ha permitido que el lado del cátodo funcione sin electrolito, lo que ha vuelto a aumentar la eficacia al producir gas de hidrógeno sin burbujearlo a través de un líquido.
Figura 1. La caracterización de Hysata de la evolución de los electrolizadores, que lleva al nuevo diseño extraordinariamente eficiente de la empresa.
La célula electrolizadora alimentada por capilares de Hysata lleva las cosas al siguiente nivel, posiblemente el último. Un depósito situado en la parte inferior de la célula mantiene el electrolito fuera de contacto con el ánodo y el cátodo hasta que es aspirado a través de un separador interelectrodo poroso e hidrófilo mediante la acción capilar. De este modo, el electrolito entra en contacto directo con los electrodos, pero sólo por un lado, y los gases de hidrógeno y oxígeno se producen directamente, sin que haya burbujas que se interpongan.
La resistencia se reduce aún más gracias al hecho de que no hay agua que sea atraída hacia el lado del electrodo que libera el gas, por lo que ambos no se estorban mutuamente, y a medida que el agua es electrolizada fuera del separador, la acción capilar extrae más del depósito para reemplazarla.
En un artículo publicado en Nature Communications, el equipo de Hysata afirma que su célula electrolítica de acción capilar ha demostrado una eficiencia récord del 98%, mucho mejor que la de un «electrolizador de agua comercial de última generación [presumiblemente de membrana polimérica asimétrica]», que mostraba una eficiencia de la celda del 83%. El cruce de gases es extremadamente bajo, lo cual es fundamental, ya que a las temperaturas y concentraciones adecuadas, las mezclas de hidrógeno y aire pueden ser explosivas.
La empresa afirma que esta tecnología también reduce los gastos externos a la celda. No hay necesidad de circulación de líquidos, tanques separadores de gas-líquido, tuberías, bombas y accesorios. Este equipo puede refrigerarse por aire o por radiación, lo que reduce aún más los costes de capital y de funcionamiento, y si la altura máxima de la acción capilar, limitada por la gravedad, resulta ser un factor limitante, Hysata dice que se puede simplemente colocar el depósito en la parte superior y hacer que el electrolito baje por el separador.
Todos estos factores contribuyen a reducir el uso de energía en el «equilibrio de la planta» fuera de la celda del electrolizador, lo que hace que la diferencia entre esta tecnología y otras sea aún mayor cuando se analiza la eficiencia general del sistema.
«El sistema global de electrolizadores de Hysata se ha diseñado para facilitar la fabricación, el escalado y la instalación, y ofrece una eficiencia global del sistema del 95%, equivalente a 41,5 kWh/kg, en comparación con el 75% o menos de las tecnologías de electrolizadores existentes», afirma el director técnico de la empresa, Gerry Swiegers, en un comunicado de prensa. «Para los productores de hidrógeno, esto reducirá significativamente tanto el capital como los costes operativos para producir hidrógeno verde».
Swiegers continúa llamando a este dispositivo, «una categoría completamente nueva de electrolizador que es tan monumental como el cambio del motor de combustión interna a los motores eléctricos».
El director general de Hysata, Paul Barrett, afirma que la empresa tiene previsto comercializar la tecnología y alcanzar una «capacidad de producción de hidrógeno a escala de gigavatios para 2025», momento en el que cree que debería ser posible obtener 1,50 dólares por kilogramo de hidrógeno. Hay planes para construir una planta piloto de fabricación de electrolizadores, y la empresa está contratando a «docenas» de personas en 2022 como parte del proceso.
Se espera que la producción de hidrógeno se dispare en los próximos años, a medida que el H2 verde encuentre su lugar en las categorías más duras de una nueva economía de la energía verde. Así que no cabe duda de que hay una fiebre del oro, y muchos esperan que se dispare la producción de electrolizadores a medida que los productores se apresuran a poner en marcha sus instalaciones. En estas circunstancias, un electrolizador más barato y más eficiente tendrá sin duda una gran demanda, por lo que Hysata podría tener un producto extraordinario en sus manos y la oportunidad de hacer una impresionante contribución a la lucha contra el cambio climático.
Por supuesto, hay una larga carrera entre la publicación de un artículo y el éxito comercial masivo, pero con ventajas potenciales como las que Hysata afirma, esta es claramente una empresa a la que hay que seguir de cerca.
Noticia tomada de: New Atlas / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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